構(gòu)建開放性式課堂讓物理實驗教學更高效

陳野

摘 要：實驗教學在中學物理教學中有非常重要的作用，抓好實驗教學可以提升整個中學物理的教學質(zhì)量。通過設(shè)置問題引導(dǎo)學生思考，可以促進學生在實驗中既動手又動腦，有利于發(fā)揮學生在實驗過程中的主觀能動性，從而理解實驗原理、步驟、數(shù)據(jù)處理的方法等，實現(xiàn)高效實驗教學。

關(guān)鍵詞：開放性；物理實驗；高效

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）1-0016-3

實驗教學是中學物理教學的重中之重，抓好實驗教學可以大幅提升整個物理教學的效率。雖然教師都意識到實驗教學對整個物理教學的重要意義，然而在教學實踐中，實驗教學的效果卻有待提升。要提升實驗教學效果，就要改變在實驗教學中教師講得過多、講得過細的現(xiàn)狀，讓學生多一點思考、多一點動手的機會，而不是在教師的統(tǒng)一要求下，整齊劃一地完成實驗。實驗教學中，不妨多設(shè)計問題引導(dǎo)學生思考實驗原理、實驗操作、實驗數(shù)據(jù)處理等。下面以“機械能守恒定律”的實驗教學為例，談一談如何通過問題引導(dǎo)學生思考構(gòu)建開放性物理課堂。在教科版教材必修2第四章第五節(jié)，教材介紹了實驗原理、操作、數(shù)據(jù)處理等，但不詳細，在教學中還應(yīng)設(shè)計問題引導(dǎo)學生進行精細化的深入思考。

1 問題引導(dǎo)設(shè)計實驗方案

實驗教學中，最重要、最難的就是設(shè)計實驗方案。這要求學生透徹理解實驗原理，然后搞清楚要測量哪些物理量，如何測量，用什么測量，各個測量的物理量之間的關(guān)系是怎樣的（如何處理實驗數(shù)據(jù)）。這些問題如果不給學生思考的機會，直接告訴學生原理是什么、有些什么步驟、如何處理實驗數(shù)據(jù)，學生會有很重的記憶負擔，而且即使記住了也會很快忘記，效果不佳。如果沒有教師的引導(dǎo)，直接讓學生漫無目的地思考，學生將會無從下手。為了破解實驗難題，提升實驗效果，教師可以設(shè)計問題，通過問題引導(dǎo)學生深入思考，弄清楚實驗原理和實驗操作背后隱藏的邏輯，以及實驗數(shù)據(jù)處理的方法等。

問題（1）：機械能守恒的條件是什么？

意圖：清楚機械能守恒的條件，在后續(xù)設(shè)計實驗方案時才知道該讓研究對象做何種運動，受到什么力的作用，有些什么力做功。

問題（2）：為了順利地驗證機械能守恒，應(yīng)該讓研究對象做何種運動？

意圖：讓學生知道只能選擇自由落體運動、光滑軌道的圓周運動、擺。

問題（3）：需要知道哪些物理量，這些物理量能直接測量嗎？

意圖：清楚初末狀態(tài)的動能和重力勢能不能直接測量，為轉(zhuǎn)化測量的物理量做準備。

問題（4）：如果讓小球做自由落體運動，本實驗需要測量哪些物理量呢？用什么工具測量？如何測量？

意圖：為后續(xù)設(shè)計實驗步驟做準備。

通過思考，學生得出兩種自由落體的實驗方案。方案一是用打點計時器的方案，實驗裝置如圖1所示。方案二是光電門方案，其裝置如圖2所示。

2 問題引導(dǎo)理解實驗步驟

在實驗操作過程中，很多時候?qū)W生并不清楚每一個步驟背后所蘊含的道理。如此一來，學生只是簡單的機械重復(fù)，并沒有真正的理解，不理解為何要這樣操作，難以達到融會貫通的目的，當實驗條件變化時學生就會不知所措。為此，在設(shè)計好實驗方案之后，不能簡單給出實驗步驟，而應(yīng)該在給出實驗步驟之后，通過問題引導(dǎo)學生思考為什么要這樣？如此，學生才能帶著明確的目的，認真仔細地觀察，積極地動手操作、動腦思考[1]，才能在實驗過程中發(fā)揮其主觀能動性。以用打點計時器驗證機械能守恒定律為例，細化實驗步驟時可以設(shè)置如下問題引導(dǎo)學生思考。

步驟一：如圖1所示，把打點計時器安裝在鐵架臺上，并將打點計時器接到電源上。

問題（5）：為什么要先做這一步？

意圖：讓學生明白做事需要遵循一定的順序，實驗儀器的組裝也不例外，應(yīng)該“先主干，再枝干，后細節(jié)”。

問題（6）：鐵架臺應(yīng)放在桌子的什么位置？打點計時器安裝在鐵架臺上時應(yīng)該注意什么？

意圖：讓學生注意為了保護桌子，也為了在紙帶上打出更多的點，應(yīng)該把鐵架臺放在桌子邊緣。

問題（7）：為了減小阻力，讓重錘拖著紙帶的運動更接近自由落體運動，把打點計時器安裝在鐵架臺上時應(yīng)該注意什么？

意圖：把打點計時器安裝在鐵架臺上時，有的學生沒有豎直安裝，通過該問題的思考達到糾正這類錯誤的目的。

步驟二：把紙帶的一端和重物用夾子固定好，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶使重物?？吭诖螯c計時器附近。

問題（8）：為什么要“豎直提起”？

意圖：引起學生注意，操作中“豎直提起”這一細節(jié)是為了避免學生操作不當，增大了紙帶和限位孔之間的阻力。

問題（9）：為什么“重物?？吭诖螯c計時器附近”？

意圖：讓學生明白這樣可以打出更多的點，獲取更多的實驗數(shù)據(jù)。

步驟三：先接通電源，然后松手讓重物帶著紙帶自由下落，重復(fù)幾次，得到3～5條打點清晰的紙帶。

問題（10）：為什么要“先接通電源”？

意圖：先接通電源，后釋放重物，是為了讓重物做自由落體運動時，打點計時器已經(jīng)能夠穩(wěn)定工作。

步驟四：在打好的紙帶中挑選一條點跡清晰的紙帶，在起始點標上0，以后的點依次標上1、2、3、……用刻度尺測出對應(yīng)下落的高度h1、h2、h3……

問題（11）：點0到1，點0到2，點0到3，……是自由落體運動嗎？

意圖：明白上述運動過程是自由落體運動，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析做鋪墊。

步驟五：計算各點對應(yīng)的瞬時速度。

問題（12）：如何計算打點“1”“2”“3”時的瞬時速度？

意圖：要明白自由落體運動屬于勻變速直線運動，計算瞬時速度的方法是：勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于這段時間的平均速度。以此為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析奠定基礎(chǔ)。

3 問題引導(dǎo)實驗數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理屬于實驗的總結(jié)提升階段，學生需要處理實驗數(shù)據(jù)、分析實驗結(jié)果及完成實驗報告。這也是從現(xiàn)象上升到理性認識的重要階段。在這個階段中，教師要引導(dǎo)學生發(fā)揮思維的能動作用，學習數(shù)據(jù)處理的方法，了解影響實驗結(jié)果的因素，培養(yǎng)實事求是的態(tài)度和科學作風。[1]在數(shù)據(jù)處理階段，為了降低難度，且發(fā)揮學生思維的主觀能動性，需要教師給學生拋出一些問題來引導(dǎo)學生思考。以用打點計時器驗證機械能守恒定律為例，在數(shù)據(jù)處理階段可以設(shè)置如下問題。

問題（13）：如果用計算法處理數(shù)據(jù)，選紙帶上打下的第一個點為起始點，重力勢能的變化是多少？動能的變化是多少？是否需要測量重物的質(zhì)量m？

意圖：作圖后學生知道其圖像是一條過原點的直線，斜率為重力加速度，以此達到滲透數(shù)形結(jié)合思想的目的。

問題（17）：若作v2-h圖像，則其斜率表示什么含義？

意圖：拓展學生思維，達到融會貫通的目的。

4 結(jié)束語

高中物理實驗對物理教學有重要的作用，實驗教學也是物理教學的魅力所在，通過實驗可以極大地促進學生的綜合能力的發(fā)展和思維水平的提升。然而，要達到這樣的目標就必須要在實驗中讓學生積極動腦，而非只是動手，唯有如此才能更好地讓實驗為教學服務(wù)。通過問題引導(dǎo)學生思考，第一，問題起到了鋪設(shè)臺階，把難點化整為零的作用，這可以降低實驗難度；第二，設(shè)置問題使得問題的解決具有方向性，學生不再漫無目的；第三，避免了教師講，學生聽，按照步驟機械地操作實驗。通過問題引導(dǎo)學生思考，其實驗的過程是開放的，學生的思維是靈動的。通過問題的點撥可以引導(dǎo)學生深入思考，構(gòu)建開放性物理實驗課堂，讓學生真正掌握實驗的原理與方法，才能融會貫通，以不變應(yīng)萬變，實現(xiàn)物理課堂更高效。

參考文獻：

[1]閻金鐸，田世昆.中學物理教學概論[M].北京：高等教育出版社， 2003.

（欄目編輯 趙保鋼）